吳昌琦，賈璐婷，樊進(jìn)補(bǔ)，張臻，馬敏，張?zhí)K鈴，劉志強(qiáng)，任雅倩，王利斌，張紹鈴

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210095）

在蘋果、梨、柑橘等園藝作物果實(shí)中，可溶性糖和有機(jī)酸的含量與組分是決定果實(shí)品質(zhì)風(fēng)味的重要指標(biāo)[1]。果實(shí)中的可溶性糖主要有山梨醇、蔗糖、葡萄糖和果糖，有機(jī)酸主要有蘋果酸和檸檬酸。糖酸組分和含量的改變會(huì)導(dǎo)致果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的變化，因此果實(shí)中糖酸含量及組分的研究一直受到廣泛關(guān)注[2]。一般來說，糖酸比較高，果實(shí)口味偏甜；糖酸比較低，果實(shí)口味偏酸。在不同果實(shí)中，最適的糖酸比范圍也不同。例如桔類品種的果實(shí)，糖酸比多在10～20 的范圍，低于10 的則風(fēng)味不佳[3]。

對(duì)園藝作物果實(shí)糖酸轉(zhuǎn)化的分析和應(yīng)用，能夠用于果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的改良生產(chǎn)，為果樹栽培研究提供參考與借鑒。糖酸各組分在線粒體、乙醛酸循環(huán)體及細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)化后，大部分積累于液泡。在果實(shí)細(xì)胞中，液泡是糖酸等風(fēng)味物質(zhì)的主要貯藏場(chǎng)所，而糖酸對(duì)果實(shí)的風(fēng)味形成起重要作用[4]。本文綜述了果實(shí)發(fā)育過程中糖分和有機(jī)酸的積累特性、轉(zhuǎn)化特性和涉及到的相關(guān)代謝酶，并對(duì)園藝作物果實(shí)糖酸代謝的研究方向進(jìn)行了展望。

1 果實(shí)發(fā)育過程中可溶性糖和有機(jī)酸的積累

1.1 可溶性糖的積累特性

有些成熟果實(shí)中的可溶性糖含量豐富，例如蘋果[5]、梨[6-7]、杏[6]等，主要以山梨醇、蔗糖、葡萄糖和果糖這幾種類型為主。不同種類或同種類不同品種的果樹中，由于可溶性糖的含量和組分不同而呈現(xiàn)不同的果實(shí)風(fēng)味。根據(jù)成熟果實(shí)中可溶性糖的積累類型，可將果實(shí)分為己糖積累型和蔗糖積累型。蘋果[5,8]、梨[7]、枇杷[9]、櫻桃[10]、草莓[11]等屬于己糖積累型果實(shí)；杏[6]屬于蔗糖積累型果實(shí)。根據(jù)糖分積累模式又可將果實(shí)分為淀粉轉(zhuǎn)化型、糖直接積累型和中間積累型[12]。在淀粉轉(zhuǎn)化型果實(shí)中，葉片的光合作用產(chǎn)物除了用于果實(shí)的呼吸消耗和生長發(fā)育外，剩余部分則以淀粉的形式貯藏在果實(shí)中，再經(jīng)果實(shí)的后熟作用轉(zhuǎn)化為可溶性糖，這類果實(shí)有香蕉、芒果等。糖直接積累型果實(shí)中，果實(shí)的糖分主要來源于葉片光合作用產(chǎn)生的蔗糖，蔗糖再經(jīng)過相關(guān)酶的分解或催化轉(zhuǎn)換為葡萄糖和果糖，并貯藏于液泡中，這類果實(shí)有溫州蜜柑、葡萄等。中間積累型果實(shí)，在發(fā)育早中期光合產(chǎn)物主要以淀粉的形式積累，在發(fā)育后期淀粉含量下降，轉(zhuǎn)化為可溶性糖類，如蘋果、桃、梨等[13]。

1.2 有機(jī)酸的積累特性

果實(shí)中有機(jī)酸的組分較多，不同果實(shí)中有機(jī)酸的種類和含量也不同。大多數(shù)果實(shí)以一種或兩種有機(jī)酸為主，其他僅少量或微量存在。根據(jù)成熟果實(shí)中主要積累的有機(jī)酸種類，大體可將果實(shí)分為三類：蘋果酸型、檸檬酸型和酒石酸型[14]。蘋果酸型果實(shí)主要有蘋果、梨、桃、枇杷和香蕉等；檸檬酸型果實(shí)主要有柑橘、菠蘿、芒果、草莓和獼猴桃等；酒石酸型果實(shí)相對(duì)較少，最典型的代表是葡萄。在大部分的果實(shí)中，有機(jī)酸含量在生長發(fā)育過程中逐漸升高，直到進(jìn)入成熟階段時(shí)下降，例如枇杷、葡萄、蘋果、菠蘿等。但也有研究表明，某些成熟果實(shí)中的有機(jī)酸含量變化趨勢(shì)與之相反，例如在檸檬中，有機(jī)酸含量在整個(gè)生長發(fā)育過程中持續(xù)上升，未見降低[15]。可見有機(jī)酸含量在不同果實(shí)的發(fā)育過程中有多種變化形式。

2 果實(shí)中可溶性糖的相互轉(zhuǎn)化

葉片光合作用制造的有機(jī)物通過多個(gè)調(diào)控步驟進(jìn)入果實(shí)液泡，經(jīng)相關(guān)酶作用轉(zhuǎn)化為山梨醇、蔗糖、葡萄糖、果糖等可溶性糖[16]。根據(jù)果實(shí)發(fā)育過程中存在的主要糖分類型，可將可溶性糖的轉(zhuǎn)化分為山梨醇代謝、蔗糖代謝和己糖代謝三種途徑。大部分的果實(shí)在發(fā)育初期山梨醇的含量較高，中期山梨醇轉(zhuǎn)化為葡萄糖和果糖，蔗糖多在發(fā)育中后期積累。以黃冠梨果實(shí)為例，開花后33 d 進(jìn)入快速生長期，0～63 d 果實(shí)內(nèi)山梨醇含量呈持續(xù)下降趨勢(shì)，花后63 d 開始積累果糖和葡萄糖，蔗糖含量在成熟后期才略有上升[17]。在多數(shù)桃果實(shí)中，山梨醇含量在花后10～20 d 內(nèi)升高，之后呈波動(dòng)狀態(tài)，葡萄糖和果糖在花后10～30d 內(nèi)持續(xù)升高，蔗糖含量則在成熟前期快速上升[18]。

2.1 山梨醇轉(zhuǎn)化

在薔薇科木本果樹中，光合產(chǎn)物的主要運(yùn)輸形態(tài)為山梨醇。山梨醇在韌皮部裝載，經(jīng)長距離運(yùn)輸?shù)交ā⒐麑?shí)等“庫”器官中儲(chǔ)存，同時(shí)與其他糖類組分相互轉(zhuǎn)化。Grant 等[19]的報(bào)道表明，蘋果葉片中的山梨醇含量約占葉片可溶性糖總含量的80%，因此，山梨醇的合成與分解是植物碳水化合物代謝的重要部分。

熊碧玲等[20]研究表明，鮮黃梨果實(shí)發(fā)育中，山梨醇主要在果實(shí)發(fā)育前期進(jìn)行積累，含量先增加后降低，而山梨醇脫氫酶和山梨醇氧化酶在果實(shí)發(fā)育早中期活性逐漸增高，后期活性降低。在黃肉枇杷“解放鐘”和白肉枇杷“白梨”果實(shí)發(fā)育期間，山梨醇含量總體均呈下降趨勢(shì)，幼果期的葡萄糖和果糖含量較低，在花后95～140 d 內(nèi)果糖含量逐漸上升并在成熟期急劇增加至峰值。果實(shí)中山梨醇脫氫酶（Sobitol dehydrogenase，SDH）和山梨醇氧化酶（Sorbitol oxidase，SOX）的活性呈先下降再升高的趨勢(shì)，說明兩種酶都參與了山梨醇與果糖、葡萄糖的相互轉(zhuǎn)化調(diào)控[21]。由此可見，SDH 和SOX 是果實(shí)中山梨醇轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶。

山梨醇脫氫酶包括NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）依賴型山梨醇脫氫酶（NAD+-SDH）和NADP+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸） 依賴型山梨醇脫氫酶（NADP+-SDH）。NAD+-SDH 主要催化果實(shí)細(xì)胞質(zhì)中山梨醇和果糖間的相互轉(zhuǎn)化。Qura 等[21]在日本梨中提取出一個(gè)NAD+-SDH，發(fā)現(xiàn)該酶對(duì)果糖（4 239±33.5 mm）的米氏常數(shù)Km 值較山梨醇（96.4±8.60 mm） 高，說明NAD+-SDH 對(duì)果糖的親和力低于山梨醇，即該反應(yīng)傾向于向催化山梨醇向果糖方向轉(zhuǎn)化。NAD+-SDH 在細(xì)胞質(zhì)中催化山梨醇轉(zhuǎn)化為果糖后，再通過液泡單糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等轉(zhuǎn)運(yùn)載體進(jìn)入液泡中[4]。NADP+-SDH 則是催化山梨醇與葡萄糖間的相互轉(zhuǎn)化。在梨果實(shí)中，NADP+-SDH 對(duì)葡萄糖的Km 值大于山梨醇，因此NADP+-SDH 主要催化向葡萄糖轉(zhuǎn)化的可逆反應(yīng)[22]。

SOX 催化果實(shí)中的山梨醇氧化成葡萄糖的反應(yīng)，例如桃中的葡萄糖就主要來源于SOX 催化的山梨醇轉(zhuǎn)化[23]。SOX 活性在蘋果與梨中的總活性只有NAD+-SDH的1/10～1/5；在庫爾勒香梨果實(shí)發(fā)育過程中，SOX 與SHD的活性都呈先下降后升高的變化趨勢(shì)，但是SOX 變化幅度與活性都小于SHD[24-25]。推測(cè)由于果實(shí)中SOX 與SHD的活性差異，使其催化山梨醇轉(zhuǎn)化為葡萄糖和果糖的能力不同，從而導(dǎo)致果實(shí)中積累的葡萄糖和果糖含量不同。

2.2 蔗糖轉(zhuǎn)化

蔗糖是葉片光合作用的最終產(chǎn)物之一，主要通過篩管運(yùn)輸?shù)焦麑?shí)中，再經(jīng)果實(shí)液泡膜上運(yùn)輸蔗糖的糖蛋白進(jìn)入液泡內(nèi)貯藏[26]。蔗糖代謝酶主要包括轉(zhuǎn)化酶（Invertase，Inv）、蔗糖合成酶（Sucrose synthase，SS）和磷酸蔗糖合成酶（Sucrose phosphate synthase，SPS）。

2.2.1 參與蔗糖轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化酶

Inv 催化液泡中的蔗糖水解為葡萄糖和果糖。根據(jù)其最適pH 條件，Inv 可以分為中堿性轉(zhuǎn)化酶（Alkaline/neutral invertase，NI） 與 酸 性 轉(zhuǎn) 化 酶（Acid invenase，AI），結(jié)合亞細(xì)胞定位及溶解性又可以分為細(xì)胞質(zhì)中性轉(zhuǎn)化酶（Cell neutral invertase，CNI）、細(xì)胞壁結(jié)合酸性轉(zhuǎn)化酶（Cell wall-bound invertase，CWI）以及液泡酸性轉(zhuǎn)化酶（Vacuolar acid invertase，VAI）[27]。Inv 的活性與蔗糖積累呈負(fù)相關(guān)，轉(zhuǎn)化酶活性降低是蔗糖積累的前提；轉(zhuǎn)化酶的活性高，則果糖和葡萄糖積累較多。例如在翠冠梨果實(shí)發(fā)育前期，NI 和AI 的活性均很高，蔗糖含量低；隨著果實(shí)的發(fā)育轉(zhuǎn)化酶活性下降，蔗糖開始逐步積累[24,28]。楊梅[29]、杏[30]等園藝果實(shí)發(fā)育過程中，前中期Inv 的活性較高，后期活性降低，果實(shí)中可溶性糖的積累類型也逐漸從葡萄糖和果糖轉(zhuǎn)化為蔗糖。同時(shí)有研究表明，有些果實(shí)在Inv 在分解蔗糖的過程中，NI 要比AI 活性強(qiáng)，例如南果梨[31]、菠蘿[32]等。

2.2.2 參與蔗糖轉(zhuǎn)化的蔗糖合成酶

SS 能夠催化蔗糖與二磷酸尿苷（UDP）反應(yīng)形成果糖與二磷酸尿苷葡糖（UDPG），且此反應(yīng)為可逆反應(yīng)，并且通常認(rèn)為SS 主要起分解作用。目前已證明SS 是由分子量約為83～100 kD 的亞基構(gòu)成的四聚體，并且在大多數(shù)植物組織中，至少有兩種以上SS 的同工酶。目前國外研究者已經(jīng)將馬鈴薯、甜菜、胡蘿卜、水稻等作物的SS 編碼基因從作物中克隆出來，它們?cè)诨虻恼{(diào)控上都有所不同[33]。梨果實(shí)中存在SSⅠ和SSⅡ兩種蔗糖合成酶同工酶，SSⅠ主要存在于幼果和未成熟果實(shí)中，參與蔗糖分解反應(yīng)；而SSⅡ主要存在于成熟果實(shí)中，參與蔗糖的合成[34-35]。對(duì)河套蜜瓜果實(shí)的研究表明，果實(shí)發(fā)育前期，蔗糖合成酶的分解活性大于合成活性，成熟后期則表現(xiàn)為合成活性大于分解活性[36]，也說明蔗糖合成酶的同工酶在果實(shí)發(fā)育期間起不同作用。

SS 參與蔗糖的轉(zhuǎn)化，使果實(shí)庫細(xì)胞與韌皮部之間形成蔗糖濃度梯度，利于蔗糖向庫細(xì)胞方向的運(yùn)輸，影響果實(shí)庫強(qiáng)[37]。在紅富士蘋果果實(shí)的整個(gè)發(fā)育周期，果實(shí)蔗糖積累與SS 活性的相關(guān)系數(shù)為0.840 4，呈顯著正相關(guān)[38]，與其他糖代謝酶不存在顯著的相關(guān)性，說明果實(shí)蔗糖積累主要受SS 的調(diào)控。對(duì)甜橙、番木瓜[39]的研究也表明，SS酶對(duì)蔗糖的積累起主要作用，影響果實(shí)庫強(qiáng)。

2.2.3 參與蔗糖轉(zhuǎn)化的磷酸蔗糖合成酶

SPS 可催化果糖-6-磷酸（F6P）與UDPG 反應(yīng)生成蔗糖-6-磷酸（S6P），該反應(yīng)可逆。蔗糖-6-磷酸可進(jìn)一步在蔗糖磷酸酯酶催化作用下生成蔗糖。Huber 等[40]指出SPS 活性越高，蔗糖積累越多。例如，李果實(shí)的后熟過程中，蔗糖隨著SPS 活性升高而逐漸積累[41]。番茄中，SPS過表達(dá)植株的蔗糖含量也比正常植株高60%左右[42]。陳露露等[28]發(fā)現(xiàn)，‘翠冠梨’果實(shí)在成熟期迅速積累蔗糖，且果實(shí)中SPS 的活性與蔗糖含量呈顯著正相關(guān)。SPS 的基因表達(dá)也是獨(dú)立調(diào)節(jié)的。從柑橘果實(shí)中克隆到3 個(gè)編碼SPS 的cDNA 片段：CitSPS1、CitSPS2、CitSPS3，根據(jù)果實(shí)發(fā)育不同階段的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)不同的SPS 基因片段在柑橘果皮組織、汁胞組織和囊瓣表皮等不同部位進(jìn)行表達(dá)，表達(dá)量在果實(shí)發(fā)育的不同階段也存在差異[43]。

此外，在不同植物中，蔗糖合成酶SS 和磷酸蔗糖合成酶SPS 對(duì)果實(shí)中蔗糖積累的貢獻(xiàn)不同。桃果實(shí)在成熟過程中，SS 在蔗糖的積累過程中發(fā)揮了主要作用[44]。也有研究表明，在香蕉后熟過程中，參與蔗糖合成的主要酶是SPS 而非SS[45]。所以SS 和SPS 對(duì)果實(shí)中蔗糖合成作用的大小還有待進(jìn)一步研究。

2.3 己糖轉(zhuǎn)化

己糖是含有六個(gè)碳原子的單糖，葡萄糖和果糖是園藝作物果實(shí)中主要的己糖。己糖代謝是光合產(chǎn)物進(jìn)入果實(shí)后進(jìn)行其他代謝的基礎(chǔ)，果實(shí)細(xì)胞中的蔗糖在相關(guān)代謝酶的作用下分解成己糖，己糖必須經(jīng)過磷酸化才能進(jìn)一步代謝，進(jìn)而為其他生理活動(dòng)提供能量與中間產(chǎn)物。從質(zhì)外體進(jìn)入或由山梨醇和蔗糖轉(zhuǎn)化而來的果糖與葡萄糖經(jīng)相應(yīng)的激酶磷酸化后分別生成果糖-6-磷酸F6P與葡萄糖-6-磷酸（G6P）。F6P 可進(jìn)入糖酵解途徑或用于合成蔗糖，G6P 可進(jìn)入戊糖磷酸途徑或在磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（Phophoglucose Isomerase，PGI）作用下可逆轉(zhuǎn)化為F6P，又或者在葡萄糖磷酸變位酶（Phosphoglucomutase，PGM）的催化下可逆轉(zhuǎn)化為葡萄糖-1-磷酸（G1P）。G1P是植物體內(nèi)碳水化合物代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物，可被ADPG 焦 磷 酸 化 酶（ADP-glucose pyrophosphorylase，AGPase） 或 UDPG 焦 磷 酸 化 酶（UDP-glucose Pyrophosphorylase，UGPase）催化，生成ADPG 或UDPG。

果實(shí)中催化己糖磷酸化的酶稱為己糖激酶，從廣義上來說己糖激酶主要有己糖激酶（Hexokinase，HXK）、果糖激酶（Fructokinase，F(xiàn)RK）和葡萄糖激酶（Glucokinase，GLK）。HXK 的首選底物為葡萄糖，F(xiàn)RK 與GLK 的底物分別為果糖與葡萄糖[46]。植物組織中，己糖激酶的活性在不同的發(fā)育階段依據(jù)庫的需求而改變。例如柑橘果實(shí)發(fā)育過程中，可食組織中FRK 活性逐漸降低，果糖含量增加[47]。草莓果實(shí)發(fā)育后期HXK 和FRK 的活力較低，有利于果實(shí)中果糖的快速積累[48]。其他研究表明，HXK 和FRK還可以將糖信號(hào)向下傳遞，參與調(diào)控植物的生長發(fā)育、脅迫響應(yīng)等過程[49-50]。PGI 能催化己糖磷酸化產(chǎn)物G6P 和F6P 的可逆異構(gòu)化，能為糖酵解和氧化戊糖磷酸途徑提供代謝底物[27]。例如香蕉后熟時(shí)PGI 的活性隨淀粉降解與蔗糖合成逐漸增加，進(jìn)而對(duì)后熟過程中的碳通量起到調(diào)節(jié)作用[51]。

UGPase、PGM等酶在蔗糖與己糖之間的相互轉(zhuǎn)化也起到一定作用[52]。UGPase 催化G1P 與UTP 合成UDPG 和磷酸。UDPG 是一種與多種代謝途徑相通的中間糖[53]，同時(shí)也是合成蔗糖的葡萄糖供體，故UGPase 的活性與蔗糖的合成速率有十分密切的關(guān)系。Terra 等[54]在香蕉后熟過程中用抑制劑抑制UGPase 的活性，發(fā)現(xiàn)G1P 到UDPG 的轉(zhuǎn)化比率減小，從而導(dǎo)致蔗糖的合成減少。在楊樹UGPase 基因過表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)樹體中的可溶性糖含量也顯著減少[53]。根據(jù)植物細(xì)胞內(nèi)定位，PGM可分為胞質(zhì)型PGM和質(zhì)體型PGM（pPGM）。胞質(zhì)型PGM（cPGM）主要參與蔗糖的代謝，cPGM可以催化G1P 和G6P 相互轉(zhuǎn)化，使其處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)；而CPGM在此過程中則保證淀粉合成所需的G1P 供應(yīng)。前人利用amiRNA 方法使擬南芥完全喪失cPGM活性并進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)突變體植株中蔗糖與葡萄糖含量顯著升高，F(xiàn)6P 和G6P 的含量也顯著高于野生型。對(duì)擬南芥pPGM突變體的研究表明，光照下突變體中可溶性糖含量高于野生型，積累的淀粉含量極少[55]。

3 果實(shí)中有機(jī)酸的轉(zhuǎn)化

3.1 蘋果酸轉(zhuǎn)化

蘋果酸是一種四碳二羧酸，參與多個(gè)細(xì)胞的代謝過程，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞pH、維持滲透壓平衡。蘋果酸是碳四植物（C4）和景天酸代謝（CAM）植物主要的光合產(chǎn)物，并且作為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物為植物體生長發(fā)育提供能量[56]。因此，蘋果酸在生物體的代謝過程中處于樞紐位置，將不同細(xì)胞器的多種代謝聯(lián)系起來，對(duì)細(xì)胞的代謝調(diào)控有重要作用。果實(shí)中蘋果酸的代謝過程較復(fù)雜[57]，細(xì)胞質(zhì)中的葡萄糖經(jīng)糖酵解途徑生成磷酸烯醇式丙酮酸（Phosphoenolpyruvate，PEP），隨后在丙酮酸激酶的作用下轉(zhuǎn)變成丙酮酸，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Phosphoenolpymvate carboxylase，PEPC）和細(xì)胞質(zhì)型NAD+依賴的蘋果酸脫氫酶（cyNAD-MDH）的作用下生成蘋果酸。蘋果酸一旦在細(xì)胞質(zhì)中合成，細(xì)胞質(zhì)型NADP+依賴的蘋果酸酶（cyNADP-ME）可將其降解成丙酮酸，生成的丙酮酸被運(yùn)輸至線粒體，參與三羧酸循環(huán)，為其它代謝途徑提供能量。此外，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（Phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK）可以將蘋果酸催化生成PEP 后再通過糖異生作用轉(zhuǎn)化為糖。其中PEP 是蘋果酸代謝過程中重要的中間產(chǎn)物。PEP 可以由丙酮酸通過丙酮酸磷酸二激酶（Pyruvate orthophosphate dikinase，PPDK）催化而來。PPDK 所需的丙酮酸來自細(xì)胞質(zhì)溶液中的NADP-cyME 對(duì)蘋果酸的羧化作用，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，但傾向于蘋果酸的脫羧[57]。PEP 也可被磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化可逆合成草酰乙酸（Oxobutanedioic acid，OAA）。

3.1.1 參與蘋果酸轉(zhuǎn)化的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶

PEPC 存在于細(xì)胞質(zhì)，是果實(shí)蘋果酸合成的關(guān)鍵酶，能夠催化PEP 羧化生成OAA 和無機(jī)磷酸鹽[42,58]，如果需要的話，草酰乙酸會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成蘋果酸或直接進(jìn)入三羧酸循環(huán)。Yao 等[59]在蘋果中的研究發(fā)現(xiàn)，PEPC 參與蘋果酸的積累，且PEPC 基因的表達(dá)與PEPC 的酶活呈正相關(guān)。雖然PEPC 在果實(shí)有機(jī)酸代謝中發(fā)揮重要作用，但PEPC 的催化活性極易受蘋果酸和丙酮酸的反饋抑制作用，同時(shí)也會(huì)受細(xì)胞質(zhì)pH 和可逆磷酸化等因素影響，因而PEPC 對(duì)果實(shí)有機(jī)酸代謝的作用較為復(fù)雜。

3.1.2 參與蘋果酸轉(zhuǎn)化的蘋果酸脫氫酶

蘋果酸脫氫酶（Malate dehydrogenase，MDH）廣泛存在于生物體內(nèi)，能夠?qū)⑻O果酸脫氫轉(zhuǎn)化為草酰乙酸或?qū)⒉蒗Ｒ宜徇€原成蘋果酸，但主要趨向于蘋果酸的合成[57,59]。植物中的MDH 有2 種類型：一是以NADP+為輔基的MDH（NADP-MDH），主要存在于葉綠體中，少量存在于細(xì)胞質(zhì)；二是以NAD+為輔基的MDH（NAD-MDH），主要分布于線粒體（mMDH）、細(xì)胞質(zhì)（cyMDH）、過氧化體（pMDH）和乙醛酸體（gMDH）中[60]。姚玉新等[60]克隆了蘋果中編碼cyMDH 酶的MdcyMDH 基因，該基因在果實(shí)發(fā)育過程中的表達(dá)水平與MDH 活性呈正相關(guān)，而與蘋果酸含量無關(guān)，說明其在蘋果酸的積累中起主要作用。同時(shí)MdcyMDH 過表達(dá)能夠促進(jìn)蘋果愈傷組織和番茄果實(shí)中蘋果酸的積累，也證明該基因直接參與蘋果酸的合成。然而，Etienne 等[61]在桃果實(shí)中的研究發(fā)現(xiàn)，cyNAD-MDH的基因表達(dá)與蘋果酸含量的變化關(guān)系不大。可見在不同果實(shí)中，cyNAD-MDH 活性對(duì)蘋果酸積累的貢獻(xiàn)不同。

3.1.3 參與蘋果酸轉(zhuǎn)化的蘋果酸酶

蘋果酸酶（Malic enzyme，ME）催化蘋果酸氧化脫羧生成丙酮酸、CO2和NAD(P)H[62]。目前，植物中的ME 分為NAD-ME 和NADP-ME 兩大類，主要存在線粒體中?；贜ADP-ME 存在部位不同還可將其分為胞質(zhì)型NADP-ME （cyNADP-ME）和質(zhì)體型 NADP-ME（pNAD-ME）[63]。在柑橘、枇杷和葡萄等果實(shí)成熟過程中，伴隨著蘋果酸含量的下降，cyNADP-ME 活性呈不斷上升趨勢(shì)[64-65]。李明等[66]從蘋果果實(shí)中克隆了cyME 基因，發(fā)現(xiàn)cyME 基因的轉(zhuǎn)錄水平與蘋果酸含量呈負(fù)相關(guān)。因此，cyNADP-ME 活性變化與果實(shí)衰老期蘋果酸含量變化較為一致，并且在調(diào)節(jié)果實(shí)蘋果酸含量中扮演了非常重要的角色。

3.1.4 參與蘋果酸轉(zhuǎn)化的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶

PEPCK 存在于細(xì)胞質(zhì)中，催化OAA 形成PEP 和CO2。蘋果酸被PEPCK 催化生成PEP 后，一部分通過糖異生作用轉(zhuǎn)化為糖，另一部分則進(jìn)入三羧酸循環(huán)[67]。研究表明，PEPCK 在葡萄、番茄和黑莓等果實(shí)成熟過程中參與調(diào)節(jié)有機(jī)酸含量，并且能通過糖異生作用將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為糖[68]。

3.2 檸檬酸轉(zhuǎn)化

檸檬酸是柑橘、菠蘿、草莓等成熟果實(shí)中重要的有機(jī)酸，其含量高低對(duì)于果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)也有很大的影響[69]。研究表明，檸檬酸是由果實(shí)自身通過固定CO2的暗反應(yīng)合成。通過同位素示蹤、嫁接等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)14CO2在果實(shí)內(nèi)部被固定，并且在果實(shí)中發(fā)現(xiàn)較高含量的14C 檸檬酸[70]。果實(shí)中檸檬酸的合成途徑以三羧酸循環(huán)為主，細(xì)胞質(zhì)中的PEP 在PEPC 的作用下羧化生成OAA，然后進(jìn)入線粒體，在檸檬酸合成酶（Citrate synthase，CS）的作用下與乙酰輔酶A（Ac-CoA）結(jié)合生成檸檬酸，隨即進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，被轉(zhuǎn)運(yùn)到液泡中積累。

園藝果實(shí)中檸檬酸的轉(zhuǎn)化是一個(gè)復(fù)雜的生理過程，涉及到許多代謝酶，主要有檸檬酸合成酶、順烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶等。在代謝過程中，檸檬酸首先在順烏頭酸酶（Aconitase，ACO）催化下生成異檸檬酸，然后經(jīng)異檸檬酸脫氫酶（Isocitric dehydrogenase，IDH）、谷氨酸脫氫酶（Glutamatedehydrogenase，GDH）作用降解為α-酮戊二酸和谷氨酸。谷氨酸一方面在谷氨酰胺合成酶（Glutamine synthetase，GS）作用下生成谷氨酰胺，另一方面在谷氨酸脫羧酶（Glutamate decarboxylase，GAD）的作用下進(jìn)入γ-氨基丁酸（GABA）途徑[71]。GABA 途徑屬于TCA 循環(huán)的一個(gè)側(cè)枝，也被稱作GABA 支路（GABA shunt），是指谷氨酸在GAD 的催化下生成GABA，GABA 在GABA 轉(zhuǎn)氨酶（GABAtransaminase，GABA-T） 和琥珀酸半醛脫氫酶（Succinic semialdehyde dehydrogenase，SSADH）作用下生成琥珀酸，進(jìn)入TCA 循環(huán)。果實(shí)檸檬酸還可以通過谷氨酰胺途徑降解，檸檬酸反應(yīng)生成谷氨酸后，通過GS 的催化生成谷氨酰胺，隨后谷氨酰胺可能參與維生素B1的生物合成[72]。

在不同的果實(shí)中，CS 活性對(duì)于果實(shí)中檸檬酸的轉(zhuǎn)化存在差異。在臍橙果實(shí)發(fā)育過程中，CS 的活性變化與可滴定酸水平的變化趨勢(shì)一致，抑制CS 的活性會(huì)導(dǎo)致果實(shí)中檸檬酸積累顯著降低。但在柑橘果實(shí)中，CS 的活性與高、低酸品種果實(shí)的檸檬酸水平變化無關(guān)。因此，CS 在檸檬酸轉(zhuǎn)化過程中的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究[73]。ACO 的活性也與果實(shí)中檸檬酸的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。Femando 等[74]發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因番茄果實(shí)中Aco 基因缺失，會(huì)導(dǎo)致果實(shí)中ACO 酶活性降低，檸檬酸含量升高。并且有研究表明Aco 基因的過量表達(dá)，將促使番茄果實(shí)中檸檬酸的含量顯著降低。在植物體中順烏頭酸酶有兩種同工酶，分別存在于線粒體和細(xì)胞質(zhì)中。線粒體中ACO 酶活性與檸檬酸積累主要呈負(fù)相關(guān)。張文利等[75]用NO 抑制線粒體ACO 活性后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)源檸檬酸濃度上升。液泡中的檸檬酸積累到一定水平時(shí)，細(xì)胞質(zhì)ACO 活性增加，由于其能夠促進(jìn)檸檬酸異構(gòu)化為異檸檬酸，成熟果實(shí)中的檸檬酸水平表現(xiàn)為下降[73]。線粒體和細(xì)胞質(zhì)中都存在異檸檬酸脫氫酶，二者的作用不同。線粒體中的異檸檬酸脫氫酶IDH 主要催化α-酮戊二酸固定二氧化碳形成異檸檬酸，而細(xì)胞質(zhì)中的異檸檬酸脫氫酶IDH 主要參與檸檬酸的降解[73]。對(duì)琯溪蜜柚果實(shí)的研究發(fā)現(xiàn)，果實(shí)檸檬酸含量與NAD-IDH/Cyto-Aconitase 復(fù)合酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，在室溫貯藏過程中，該復(fù)合酶活性也維持在較低水平，這與檸檬酸含量的上升緊密相關(guān)[76]。

檸檬酸的分解是多種酶協(xié)同作用的結(jié)果，在不同果實(shí)中，檸檬酸代謝相關(guān)酶所起的作用也是不同的。例如影響琯溪蜜柚采后有機(jī)酸積累的關(guān)鍵酶是CS、PEPC 和NAD-IDH/Cyto-Aconitas[76]；梅果中編碼CS 和ME 的基因是有機(jī)酸合成與代謝的關(guān)鍵基因，而杏果實(shí)中ME 基因是影響有機(jī)酸代謝的關(guān)鍵基因[77]。

4 糖酸代謝對(duì)風(fēng)味的影響

果實(shí)中決定甜度和風(fēng)味的可溶性糖主要有山梨醇、果糖、葡萄糖和蔗糖。李文生等[78]認(rèn)為，盡管可溶性糖中各種糖分的甜度不相同，但可以利用糖的總含量來評(píng)價(jià)水果的甜度高低。有機(jī)酸的種類和含量也是決定果實(shí)風(fēng)味的重要因子。孫德權(quán)[79]對(duì)不同黃皮果實(shí)的有機(jī)酸進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)9 個(gè)品種的有機(jī)酸的含量在品種間存在類型差異，有檸檬酸型和蘋果酸型。由于蘋果酸具有明顯的呈味作用，酸味強(qiáng)度略比檸檬酸略大，但其酸味柔和、爽快，與檸檬酸相比刺激性緩慢、保留時(shí)間長，因此二者對(duì)果實(shí)風(fēng)味的影響也不同，也就形成了不同風(fēng)味的黃皮品種。糖酸比對(duì)果實(shí)整體的甜度和酸度起決定性作用，因此是評(píng)價(jià)果實(shí)風(fēng)味的重要指標(biāo)。在姜鳳超等[80]對(duì)桃果實(shí)的研究中，發(fā)現(xiàn)成熟果實(shí)甜度明顯高于勻漿處理果實(shí)，并推測(cè)果實(shí)酸甜風(fēng)味的變化主要是由糖、酸在細(xì)胞內(nèi)的分布差異導(dǎo)致的。此現(xiàn)象不能用傳統(tǒng)的糖酸比理論進(jìn)行解釋，因?yàn)閮蓚€(gè)處理果實(shí)的糖、酸總含量相同，因此糖酸比也相同。在應(yīng)用細(xì)胞水平的分析中，塊狀處理果實(shí)的糖酸主要分布在液泡中，并且塊狀處理果實(shí)液泡中糖的含量是勻漿處理的1.7 倍，因此在糖酸比接近的條件下，塊狀處理的果實(shí)甜度優(yōu)于勻漿處理。從糖、酸濃度方面分析，糖酸在液泡、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞間隙間存在明顯的濃度梯度，塊狀果實(shí)液泡中的糖酸濃度較高，勻漿處理的果實(shí)不同細(xì)胞器之間糖酸濃度平穩(wěn)，而舌頭味蕾接受的瞬間酸甜等味覺主要來自于液泡，故塊狀處理的果實(shí)口感較好。這也說明了決定和分析果實(shí)風(fēng)味的因素較為復(fù)雜，糖酸比的運(yùn)用也不僅局限于宏觀水平中，亦可以從細(xì)胞水平等多方面對(duì)果實(shí)風(fēng)味進(jìn)行分析。

5 小結(jié)

從目前對(duì)果實(shí)糖酸轉(zhuǎn)化方面的研究來看，具體的某種糖和酸對(duì)于果實(shí)風(fēng)味的特定影響、果實(shí)在不同發(fā)育階段糖酸積累差異的內(nèi)在機(jī)制、糖酸轉(zhuǎn)化關(guān)鍵酶對(duì)不同果實(shí)的不同作用等問題仍有待研究。未來可以借助分子生物學(xué)、生物信息技術(shù)等手段，幫助研究者進(jìn)一步挖掘和認(rèn)識(shí)與果實(shí)糖酸轉(zhuǎn)化有關(guān)的代謝酶及核心調(diào)控因子，完善果實(shí)糖酸代謝的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為今后提升果實(shí)品質(zhì)和風(fēng)味提供基因資源。